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Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
IMPLEMENTACIÓN DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA WPS PARA UNIONES
SOLDADAS A VIGAS DE ALA ANCHA, CON PATINES ENTRE 1/2 Y 3/4 DE PULGADA DE
ESPESOR, EN LA EMPRESA METALMECÁNICA INDUSTRIAL
Gustavo Adolfo Quiñónez López
Asesorado por el Ing. Gerardo José Lobos Guerra
Guatemala, septiembre de 2017
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
IMPLEMENTACIÓN DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA WPS PARA UNIONES
SOLDADAS A VIGAS DE ALA ANCHA, CON PATINES ENTRE 1/2 Y 3/4 DE PULGADA DE
ESPESOR, EN LA EMPRESA METALMECÁNICA INDUSTRIAL
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
GUSTAVO ADOLFO QUIÑÓNEZ LÓPEZ
ASESORADO POR LA INGA. SINDY MASSIEL GODINEZ BAUTISTA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO MECÁNICO
GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 2017
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
VOCAL I Ing. Angel Roberto Sic García
VOCAL II Ing. Pablo Christian de León Rodríguez
VOCAL III Ing. José Milton de León Bran
VOCAL IV Br. Jurgen Andoni Ramírez Ramírez
VOCAL V Br. Oscar Humberto Galicia Nuñez
SECRETARIA Inga. Lesbia Magalí Herrera López
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
EXAMINADOR Ing. Carlos Enrique Chicol Cabrera
EXAMINADOR Ing. José Ismael Véliz Padilla
EXAMINADOR Ing. Hugo Leonel Ramírez Ortíz
SECRETARIA Inga. Lesbia Magalí Herrera López
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
En cumplimiento con los preceptos que establece la ley de la Universidad de
San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de
graduación titulado:
IMPLEMENTACIÓN DE PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA WPS PARA UNIONES
SOLDADAS A VIGAS DE ALA ANCHA, CON PATINES ENTRE 1/2 Y 3/4 DE PULGADA DE
ESPESOR, EN LA EMPRESA METALMECÁNICA INDUSTRIAL
Tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería
Mecánica, con fecha 24 de octubre de 2016.
Gustavo Adolfo Quiñónez López
ACTO QUE DEDICO A:
Dios Porque todo lo que tengo se lo debo solo a él.
Mis padres Marco Tulio Quiñónez Blanco y Sara López
García de Quiñónez, por darme la vida.
Mi esposa Brenda Marisol Luch de Quiñónez, por estar
siempre a mi lado.
Mis hijos Daniel y Daniela Quiñónez, por ser el motor que
impulsa mis ganas de superarme.
Mi familia Mi hermana Glenda Odette Quiñónez López y
mi sobrino Aarón Josué Escobar Quiñónez.
AGRADECIMIENTOS A:
Dios Por ser el dador de vida y de la sabiduría y por
permitirme alcanzar este éxito profesional y
personal.
Mis padres Marco Tulio Quiñónez Blanco y Sara López
García de Quiñónez, por compartir su sabiduría,
su amor y el apoyo que me brindaron.
Mi esposa Brenda Marisol Luch de Quiñónez, por ser una
maravillosa mujer, por creer y confiar en mí pero
sobre todo por amarme y apoyarme en los
momentos más difíciles de mi vida (te amo).
Mis hijos Daniel y Daniela Quiñónez, por comprenderme
al no poder estar con ustedes en ciertos
momentos que demandaba mis estudios.
Mi hermana Glenda Odette Quiñónez López, a ti gordita por
ser al igual que nuestros padres un apoyo
emocional para alcanzar mis metas.
Mis primos William Alfredo Quiñónez y José Rubén
Quiñónez (q. d. e. p.) por ser como mis
hermanos y contar con su ayuda y apoyo en
muchas etapas de mi vida.
Mis amigos Gerardo José Lobos Guerra, Iván de Jesús
Figuera, Ingrid Roxana Madrid Arriola, Karla
Nohemí Álvarez Palacios, Christian Saúl
Ramírez Zamora, Eduardo Andrade
Castellanos, Christopher Albany López Paiz,
Eduardo de León, Héctor Abraham Méndez, el
resto de los Místicos y a todos mis amigos en
general que me brindaron su cariño y apoyo e
hicieron de mi vida universitaria una excelente
experiencia.
Metal, S. A. Empresa que me abrió sus puertas y me
permitió realizar el presente documento de
investigación, dándome la oportunidad de
aprender pero sobre todo conocer muchas
personas que fueron importantes para la
culminación del presente documento.
I
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES ........................................................................... III
LISTA DE SÍMBOLOS ........................................................................................ V
GLOSARIO ....................................................................................................... VII
RESUMEN ......................................................................................................... IX
OBJETIVOS ....................................................................................................... XI
INTRODUCCIÓN ............................................................................................. XIII
1. ASPECTOS GENERALES ....................................................................... 1
1.1. Descripción de la empresa ........................................................ 1
1.2. Procedimiento actual de soldadura en las uniones de
interés ........................................................................................ 2
1.3. Qué es un WPS ......................................................................... 3
2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MAQUINARIA Y PERFIL DEL
SOLDADOR ............................................................................................. 5
2.1. Soldadura por arco eléctrico (GMAW) ....................................... 5
2.2. Máquina Deltaweld 452/460V .................................................... 7
2.3. Técnico soldador ..................................................................... 10
3. MARCO TEÓRICO ................................................................................. 15
3.1. Acero estructural ..................................................................... 15
3.1.1. Aceros estructurales ............................................... 28
3.1.2. Desventajas del acero estructural ........................... 31
3.1.3. Acero norma ASTM A992 ....................................... 31
3.1.4. Acero norma ASTM A36 ......................................... 32
II
3.2. Materiales de aporte................................................................. 32
3.3. Metalurgia de la soldadura ....................................................... 37
3.4. Técnica de aplicación de la soldadura ..................................... 46
4. PRECALIFICACIÓN DEL WPS .............................................................. 55
4.1. Proceso de la soldadura ........................................................... 55
4.2. Definición del tipo de soldadura a emplearse (soldadura de
filete) ........................................................................................ 59
4.3. Combinación de metal base/metal de aporte ........................... 66
4.4. Requerimientos de la temperatura mínima de
precalentamiento ...................................................................... 68
4.5. Requerimientos generales de un WPS .................................... 71
4.6. Preparación del WPS ............................................................... 73
5. CALIFICACIÓN ....................................................................................... 77
5.1. Alcance .................................................................................... 77
5.2. Requerimientos para WPS y calificación del desempeño del
personal de soldadura .............................................................. 78
5.3. Métodos de ensayo y criterios de aceptación para la
calificación del WPS ................................................................. 79
CONCLUSIONES .............................................................................................. 81
RECOMENDACIONES ..................................................................................... 83
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 85
APÉNDICES ...................................................................................................... 89
III
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Soldadura con proceso GMAW .............................................................. 6
2. Ciclo de trabajo Deltaweld 452/460V ..................................................... 8
3. Opciones de voltaje-amperaje ................................................................ 9
4. Filtro de lentes para uso de protección ................................................ 14
5. Comportamiento del acero según su contenido de carbono ................ 16
6. Estado líquido de los metales .............................................................. 20
7. Estructuras cristalinas .......................................................................... 20
8. Diagrama hierro – carbono ................................................................... 22
9. Significado de la nomenclatura de materiales de aporte ...................... 34
10. Material de aporte precalificado ........................................................... 36
11. Pileta con forma elíptica y pileta con forma de gota ............................. 40
12. Soldaduras con fisuración en frío ......................................................... 43
13. Relación de cordones de soldadura en ancho y profundidad ............... 45
14. Bisel en forma de V a 45º sin soldadura .............................................. 47
15. Bisel en forma de V a 45º con soldadura ............................................. 47
16. Garganta de soldadura simétrica ......................................................... 60
17. Garganta de soldadura asimétrica ....................................................... 61
18. Garganta de soldadura asimétrica ....................................................... 62
19. Leyenda para figuras 3.3 y 3.4 ............................................................. 64
20. Detalle de juntas de canal soldadas precalificadas como CJP ............ 65
21. Materiales de aporte precalificados ...................................................... 67
IV
TABLAS
I. Propiedades mecánicas de los aceros ................................................. 18
II. Clases de acero y sus posibles aplicaciones ........................................ 30
III. Metales base y los metales de aporte ................................................... 35
IV. Composición de acero A36 ................................................................... 49
V. Composición de acero A992 ................................................................. 49
VI. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado ...................... 51
VII. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado ...................... 52
VIII. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado ...................... 53
IX. Combinación de metal de base y metal de aporte. ............................... 66
X. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado ...................... 68
XI. Requerimientos para un WPS precalificado ......................................... 72
XII. Modelo de WPS para empresa metal S.A. ........................................... 78
V
LISTA DE SÍMBOLOS
SÍMBOLO SIGNIFICADO
S Azufre
C Carbono
Ce Carbono equivalente
Cu Cobre
Cr Cromo
CO2 Dióxido de carbono
P Fósforo
°C Grados celsius
Psi Libras / pulgada cuadrada
Mo Molibdeno
Nb Niobio
Ni Níquel
%C Porcentaje de carbono
Si Silicio
V Vanadio
ZAC Zona afectada por el calor
VI
VII
GLOSARIO
Aleado (de aleación) Mezcla homogénea, de propiedades metálicas, que
está compuesta de dos o más elementos, de los
cuales, al menos uno es un metal.
ASTM Sociedad Americana de Ensayos de Materiales
(American Society of Testing MAterials)
Austeníticos De austenita, es una forma de ordenamiento del
acero. esta es la forma estable del hierro puro a
temperaturas que oscilan entre los 723 a 1 400 ºC.
AWS Sociedad Americana de Soldadura (American
Welding Society)
CJP Junta de Penetración Completa (Complete Joint
Penetration)
Ductilidad Es una propiedad que presentan algunos materiales,
como las aleaciones metálicas que les permite, bajo
la acción de una fuerza, deformarse sosteniblemente
sin romperse.
Estructura cristalina Es una forma sólida en la que los constituyentes,
átomos, moléculas o iones, están empaquetados de
VIII
manera ordenada y con patrones de repetición que
se extienden en las tres dimensiones del espacio.
Fragilidad Característica del acero, relacionada con su dureza
y que se define como la capacidad de un material de
fracturarse con escasa deformación.
Soldabilidad Medida de la capacidad de un metal para ser
soldado con éxito.
Templable Capacidad de admitir temple o crear estructuras
frágiles.
Tenacidad Capacidad de un material de absorber energía antes
de alcanzar la rotura.
ZAC Zona afectada por el calor debido a la soldadura.
ZAT Zona afectada térmicamente.
IX
RESUMEN
La industria del acero estructural ha evolucionado de tal forma que se ha
vuelto una necesidad estandarizar y profesionalizar todo los procesos, entre
ellos la soldadura; institución es la encargada American Welding Society (AWS)
que establece los parámetros necesarios.
AWS D1.1 es el código base que indica los pasos, los procesos y el
análisis para la realización de cualquier soldadura para una estructura de acero.
Este trabajo plantea la realización de soldaduras a tope en la unión de
patines de vigas entre ½ y ¾ de pulgada de espesor.
Esto se realizó con base en herramientas técnicas indicados por AWS
D1.1 y criterios básicos de metalurgia, que son explicados de manera sencilla, a
partir de los fundamentos básicos del acero y sus características y los procesos
para calificación y aprobación de las soldaduras de interés; el código marca
parámetros para el proceso de la soldadura y para el técnico soldador, por lo
tanto, se escribe una metodología para comprender las instrucciones
proporcionadas por la norma.
Se estudian los aspectos del código para realizar el proceso de soldadura;
el técnico soldador solo deba aportar su habilidad. Con esta información se
elaborarán los formularios para describir el proceso sin perder de vista los
parámetros establecidos por la AWS.
X
Se recomienda seguir detalladamente la información descrita en este
trabajo en los formularios WPS que se realizaron literalmente según los criterios
del código AWS D1.1.
XI
OBJETIVOS
General
Realizar una propuesta para la implementación del procedimiento WPS
para uniones soldadas de patines de vigas entre ½ y ¾ de pulgada de espesor
en la empresa Metalmecánica Industrial, S. A.
Específicos
1. Definir los fundamentos básicos una soldadura en acero dulce o con bajo
contenido de carbono.
2. Explicar de manera práctica el beneficio de realizar este tipo de uniones
por medio de un WPS.
3. Demostrar la importancia de un precalentamiento adecuado de la pieza a
soldar.
4. Explicar la importancia de implementar un procedimiento que se pueda
para el control de calidad en soldadura estructural.
5. Elaborar procedimientos de soldadura WPS según los criterios de
soldabilidad del acero que tienen un punto de fluencia fy = 36000, fy =
50000 respectivamente.
XII
6. Establecer una base para que la empresa Metal Mecánica Industrial S. A.
pueda realizar y documentar un proceso de soldadura de forma
profesional.
XIII
INTRODUCCIÓN
La calificación de soldaduras estructurales es un proceso que ha tomado
mucha importancia y demanda en nuestro medio; se requiere de que las
soldaduras ejecutadas en una amplia variedad de aplicaciones de ingeniería
cumplan con los requisitos requeridos en códigos y normas de calificación
aplicada, debido a la profesionalización de la industria y a la necesidad de
cumplir con normativas y/o códigos para alcanzar los estándares de calidad
convenientes. Dicho código debe elegirse de acuerdo al tipo de servicio que
prestará la soldadura y a las características del material a soldar.
La resistencia del acero depende de su contenido de carbono, anudada a
esta resistencia también se incrementan algunas características negativas en el
material: la fragilidad y su tendencia al temple por mencionar algunos aspectos
de interés según el propósito de un acero estructural y su unión por medio de
soldadura. Entender, de manera básica, algunos aspectos básicos de la
metalurgia y del acero, facilita alcanzar los estándares de calidad adecuados en
una soldadura estructural.
Para este trabajo se analiza la soldabilidad de uniones a tope en patines
de vigas de acero de A36, acero A992 G50 según la norma AWS D1.1 que
regula las uniones soldadas en la ingeniería estructural.
En nuestro país este tipo de información es de difícil acceso, en
consecuencia, se realiza este documento con el objetivo de apoyar la difusión
de esta información; se enumeran los pasos para la calificación de una buena
soldadura según los principios de AWS D1.1
XIV
1
1. ASPECTOS GENERALES
1.1. Descripción de la empresa
Metal, S. A. es una empresa que pertenece al Grupo Nabla, empresa que
se dedicada a la fabricación de estructuras metálicas con la aplicación de
diferente proceso de soldadura por arco eléctrico. Metal, S. A actualmente, se
encuentra ubicada en 0 avenida 4-60 colonia el Najarito zona 1, Villa Nueva. Es
una empresa con un largo recorrido dentro del campo de la estructura metálica;
actualmente, el proceso inicia desde el presupuesto, diseño estructural, dibujo,
fabricación y montaje.
En el mercado se dispone de un gran número de tipos y grados de acero
estructural; sin embargo, se estudiaran los aceros normas A36 y A992, con
fluencias de 36 000 psi y 50 000 psi respectivamente. Estos aceros son la
materia prima para la elaboración de la estructura que se fabrica dentro de la
empresa, detalladamente el acero A36 utilizado para patines de vigas armadas
(fabricadas a partir de láminas) y el acero A992 para perfiles Wf rolados en
caliente.
Como parte del proceso de fabricación que se realiza en Metal, S. A. se
cuenta con uniones soldadas en acero estructural de varios tipos y para varias
necesidades; sin embargo, la soldadura de interés de este documento será la
unión a tope de dos patines con soldadura de penetración completa con bisel
en V para secciones gruesas. Normalmente, en la unión a tope de láminas de
más de ½”, el proceso de soldadura es necesario que sea antecedido por un
biselado el cual facilitará la penetración del material de aporte y mejorará la
2
calidad de la unión de las piezas estructurales. La soldadura es realizada con
proceso GMAW (gas metal arc welding), dicho proceso utiliza un gas inerte y
alambre como material de aporte; a este proceso se le conoce como soldadura
semiautomática.
La empresa cuenta con máquinas específicas para realizar este trabajo.
No se entrará en detalles técnicos, esta información se detallará en un capítulo
posterior; dichas máquinas pertenecen a la marca MILLER, serie DELTAWELD
452.
Luego de terminar la unión de dos elementos estructurales por medio de
una soldadura a tope, se realizan pruebas no destructivas a cierto número de
uniones como control interno de su calidad.
La empresa posee un personal altamente calificado pero no cuenta con
ningún procedimiento por escrito que se encuentre normado para la realización
de la soldadura ni normas de seguridad; de momento, sus controles de calidad
están basados en criterios de personal con mucha experiencia pero no se tiene
la documentación profesional que dé el respaldo respectivo de una manera
profesional o como se debiese manejar a nivel de industria.
1.2. Procedimiento actual de soldadura en las uniones de interés
Todo el proceso inicia desde la aprobación del presupuesto; luego, el
ingeniero estructural realiza los diseños de la estructura apoyándose en un
software de última generación para corroborar la aprobación del material y la
ubicación de todos los elementos según las cargas de la estructura final. En el
próximo paso en el proceso entra en función el departamento de dibujo que
realiza todas las órdenes de fabricación de todas las piezas que darán forma a
3
la estructura final; por último, luego de impresas las órdenes de fabricación, son
trasladadas a la planta de fabricación donde se desarrolla una gran variedad de
procesos de soldadura para las diferentes formas y especificaciones de
elementos estructurales que formarán parte de la estructura final; en este caso
se enfocará en las uniones soldadas a vigas de ala ancha, con patines entre ½
y ¾ de pulgada de espesor.
1.3. Qué es un WPS
La calidad de las soldaduras en temas estructurales es de gran
importancia, de esto depende directamente el comportamiento de una
estructura bajo los esfuerzos de servicio. Para cualquier soldadura es necesario
estar apegado a la norma de interés; como cualquier proceso se debe contar
con una planificación y el proceso de soldadura necesita contar con la
descripción de todas las variables, procedimientos, técnicas y método para
utilizarse antes de iniciar cualquier proceso de soldadura.
Por tal razón, surge la necesidad de crear un documento que describa
todos estos aspectos; las AWS sugieren llamar a este documento como WPS.
De tal manera se pretende la creación de un modelo estrictamente orientado a
la empresa Metal, S. A.
En la actualidad, las industrias de países desarrollados han
institucionalizado la utilización de este tipo de documentos diseñados por el
ingeniero para realizar trabajos de soldadura; actualmente, existen dos métodos
para realizar estos documentos: los WPS precalificados y los WPS no
precalificados.
4
Los WPS no precalificados necesitan un documento adicional llamado
PQR que es una prueba que califica la forma y el trabajo realizado. En este
caso, la información se limitará a explicar sobre WPS precalificados por el
código AWS D1.1, esto se debe a que la empresa basa todos sus diseños en
elementos que estén normados y previamente precalificados.
Para apegarse a los procedimientos solicitados por AWS, previo a
comenzar un proceso de soldadura, debe existir el documento en mención en el
apartado anterior; se detallarán los procedimientos del tipo de unión soldada
que se debe realizar; es decir, es una herramienta preparada y planificada que
debe aportar claramente los detalles y procedimiento a seguir para garantizar
que el trabajo a realizar sea adecuado y de la calidad esperada.
Un WPS, (welding procedure specification) es la especificación del
procedimiento de soladura que se utilizará; es el primer requisito para que la
soldadura pueda ser realizada. El documento contará con toda la información
sugerida por el código AWS D1.1 por lo tanto su diseño ha sido planificado
únicamente con materiales precalificados.
5
2. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DE MAQUINARIA Y
PERFIL DEL SOLDADOR
2.1. Soldadura por arco eléctrico (GMAW)
La soldadura producida por gas y un arco eléctrico en un metal es más
conocida como GMAW, por sus siglas en inglés (gas metal arc welding); en este
proceso se emplea con material de aporte continuo; se realiza utilizando gas
inerte que funciona como aislante y protege la soldadura de contaminantes que
puede haber en el ambiente que rodea a la soldadura; el gas cumple la misma
función que desempeña el revestimiento en una varilla de electrodo común.
Los controles manuales que el soldador necesita para realizar este
proceso semiautomático son la velocidad con que el material de porte es
entregado para su fusión, la dirección de desplazamiento y el posicionamiento
de la pistola. El gas que comúnmente se utiliza es dióxido de carbono (CO2);
también, puede utilizarse cualquier otro gas que sea inerte; trabajar con este
proceso representa algunos aspectos negativos comparándolo con el proceso
SMAW sin mencionar que el equipo es más costoso y de difícil transporte.
Entre los benéficos de este proceso es que la mayoría de los metales
comerciales pueden ser trabajados; también, puede ser utilizado en una gama
muy amplia de metales: de aceros inoxidables, aluminio, aceros al carbono,
hierro, etc. En la siguiente figura ilustra una soldadura por proceso GMAW.
6
Figura 1. Soldadura con proceso GMAW
Fuente: Manual del operador Miller.
www.manualsbase.com/es/manuals/3934/197/miller_electric/welding_system/. Consulta: 3 de
enero de 2017.
El material de aporte utilizado en este proceso es de diámetros que van
desde 0,9 mm hasta 1,6 mm o su equivalencia en pulgadas 1/16”; por este
factor, se deben variar las velocidades de alimentación del material de aporte o
alambre; en algunos casos, pueden ser bastante altas estas velocidades;
aproximadamente, de 340 mm/seg.
Protección gaseosa: es la que utiliza un gas para proteger la fusión de
aire con la atmósfera, según la naturaleza del gas que se utiliza se le
conoce como MIG y si es un gas inerte se le llama MAG. Como se ha
descrito, en el proceso se forma una capa gaseosa que protege el metal
fundido mientras es depositado.
7
Protección por escoria: la escoria que se forma en la soldadura tiene
como función principal proteger el metal fundido una vez que se haya
disipado la capa gaseosa; adicional, absorbe impurezas que se hayan
depositado en el metal y evitan un enfriamiento acelerado.
Aporte de elementos a la aleación: la escoria aporta algunos elementos a
la aleación durante la unión que se da entre los metales fundidos; dichos
elementos resultan ser sumamente importantes como parte de las
características principales que se producen al realizar uniones entre
piezas.
2.2. Máquina Deltaweld 452/460V
Actualmente, en el mercado de la industria de la soldadura se puede
contar con una gran variedad de máquinas semiautomáticas que pueden ser
utilizadas para el proceso en mención; en este caso la información que se
brinda se enfoca específicamente en la línea Deltaweld 452/460V que
pertenece a la marca Miller.
Esta máquina es reconocida a nivel mundial y es importante conocer sus
funciones pero quizás la más relevante es su ciclo de trabajo, ya que este factor
puede influir de manera directa en el desempeño del proceso GMAW, por lo
que se considera importante explicar este tema.
El fabricante muestra una gráfica del ciclo de trabajo de la máquina; para
entender dicha gráfica se debe tener en mente que este sistema de medición
fue realizado con dos variables: la primera es el tiempo y la segunda, la
corriente eléctrica. La variable tiempo está en una escala de un máximo de 10
minutos; la segunda variable depende de la capacidad de la máquina, pero se
encuentra en dimensionales de corriente eléctrica más conocida como
amperios.
8
Según el significado de las variables de la gráfica del ciclo de trabajo,
resultará fácil entender que un ciclo de trabajo del 100 % representa que se
podrá soldar ininterrumpidamente durante 10 minutos a un determinado
amperaje. Si el amperaje aumenta se debe reducir el tiempo de uso continuo de
los 10 minutos que se pueden trabajar. Para ejemplificarlo, una máquina con un
ciclo de trabajo de 60/40 a 250A trabajará a 250 amperios durante 6 minutos
continuos y deberá descansar los 4 minutos restantes de los 10 que permite el
ciclo.
Para ilustrar esta explicación se coloca la siguiente gráfica del ciclo de
trabajo de la máquina Deltaweld 452/460V sugerido por el fabricante.
Figura 2. Ciclo de trabajo Deltaweld 452/460V
Fuente: Auto-Deltaweld 452 / 460V. img1.wfrcdn.com/docresources/1865/14/142289.pdf.
Consulta: 6 de enero de 2017.
9
Como se ha mencionado, esta máquina es reconocida mundialmente en la
industria de la soldadura y su fama se la ha ganado por la eficiencia y
optimización de los recursos con los que puede contar: puede ser utilizada con
materiales de aporte de diferentes diámetros.
La máquina puede ser configurada en tres modalidades según el
fabricante que dependerá del grosor del material base que se pretenda unir; las
dos variables que utiliza esta configuración serán: voltaje de salida que controla
la velocidad con la que se entrega el material de aporte y amperaje que es la
corriente eléctrica y representa la fuerza de trabajo de la máquina. En la
siguiente imagen se muestra la gráfica de voltaje-amperaje de salida; es preciso
mencionar que estas dos variables en esta etapa del proceso son las que
retroalimentan un WPS.
Figura 3. Opciones de voltaje-amperaje
Fuente: Auto Deltaweld 452. img1.wfrcdn.com/docresources/1865/14/142289.pdf. Consulta: 15
de enero de 2017.
10
Un detalle importante de mencionar es que esta máquina puede trabajar
con el material de aporte en dos posiciones de corriente:
DCEN: Corriente Directa Electrodo negativo
DCEP: Corriente Directa Electrodo positivo
Esta información servirá para completar el formulario WPS en las
especificaciones del tipo corriente o sentido en que se trabajará el electrodo.
2.3. Técnico soldador
El técnico soldador debe ser una persona que además de saber aplicar
una soldadura sepa identificar las medidas de seguridad que implica este
proceso. Por lo tanto, es importante que al realizar cualquier tipo de trabajo
donde se involucren altas temperaturas sea necesario que el personal reciba la
inducción apropiada y, sobre todo, que tenga su respectiva capacitación en el
uso del equipo de protección personal; al realizar un procedimiento de
soldadura es de vital importancia tomar en cuenta las siguientes
recomendaciones:
Una conexión eléctrica apropiada para el equipo que se utilizará.
Contar con todo el equipo de seguridad personal (gafas protectoras,
cascos, caretas para soldadura, guates, chaparreras y sobre todo botas
industriales).
El manejo adecuado del equipo.
La realización correcta del procedimiento según las indicaciones.
11
Si fuese necesario movilizar algún equipo que involucre tensión, primero
debe ser desconectado de la red de alimentación de energía; paso siguiente se
debe recoger de forma ordenada y desconectar los cables que generan arco
eléctrico, aunque el movimiento sea únicamente para limpieza. Si fuese
necesario hacer alguna reparación, la debe hacer únicamente por personal
capacitado, cuando los cables del equipo opongan resistencia a su manejo
deben ser manipulados con precaución y bajo ningún motivo se debe tirar de
estos ni ser arrastrados, porque esto puede ocasionar cortes de filamentos en
los conductores o producir un desgaste acelerado su revestimiento o aislante.
El equipo que el técnico soldador utiliza viene formado por un circuito
primario que posee elementos con los que se logra formar un eléctrico, la
tensión de trabajo de 15 a 40 voltios aproximadamente; sin embargo, la tensión
cuando el equipo trabaja en vacío, es decir, sin establecer el arco, puede ser
mucho mayor. Por esta razón, el técnico soldador debe tener la capacidad de
identificar de manera visual algún desperfecto en los cables que generan la
tensión eléctrica. Un cable en mal estado constituye un gran riesgo para la
integridad física del personal que hace uso de estos equipos; al ser detectado
algún desperfecto o una falla en la continuidad del circuito debe ser corregido
de forma inmediata; esto no lo hace el técnico soldador ya que para ello se
cuenta con un personal capacitado para la elaboración de este tipo de trabajos.
En algunos casos, los conductores de puesta a tierra de las herramientas
eléctricas utilizadas cerca de los equipos de soldar suelen calentarse tanto (por
efecto de las corrientes inducidas por la soldadura) que llegan a fundirse sin
que se note. Por ese motivo es necesario:
Conectar directamente el cable de tierra sobre la pieza a soldar.
Utilizar herramientas eléctricas con doble aislamiento.
12
Colocar un aislante intermedio cuando la pieza a soldar se encuentra
colgada.
Es vital cortar la energía cuando se desea realizar algún tipo de
manipulación sobre la máquina, incluso moverla. No es recomendable dejar
conectada la máquina a la red que proporciona la energía (toma industrial)
cuando se suspenda el trabajo por largos períodos de tiempo. Adicional, no se
debe admitir que los cables descansen sobre charcos de agua o cualquier otro
líquido, superficies calientes, rebordes filosos, etc., o cualquier lugar que pueda
poner en riesgo la integridad del equipo y, aún más importante, poner en riesgo
la integridad física del técnico soldador.
Derivado de esta circunstancia, el técnico soldador debe contar con la
protección personal necesaria, fundamental para evitar accidentes sobre todo
eléctricos; es necesario evitar que la tensión en vacío sea descargada por el
cuerpo del técnico soldador, por lo tanto es importante cumplir con los
siguientes aspectos o medidas seguridad:
Llevar puestos guantes protectores.
Protección para brazos, piernas.
Cambiar portaelectrodos o tenazas de tierra en mal estado.
Verificar que los aislantes se encuentren en condiciones óptimas.
No apoyar ninguno de los cables de la máquina sobre materiales que
sean conductores.
Tener presente que para cualquier tipo de operación siempre se debe
desconectar la máquina de la fuente de energía.
En todo momento, estar concentrados y seguir todas las indicaciones
que brinda las normas de seguridad industrial.
13
Las recomendaciones son fundamentales pero nada servirá sino se toma
en cuenta el equipo de protección personal con el que debe contar el técnico
soldador siguiente:
Pantalla de protección de cara y ojos
Guantes de manga larga
Mandil de cuero
Polainas de apertura rápida
Calzado de seguridad
Delantal de cuero
Protección respiratoria
Adicional a los peligros que representa el estar en contacto con equipo
eléctrico, pueden existir otros riesgos, por ejemplo, la energía electromagnética
la cual es emitida por un arco eléctrico, generalmente se le conoce como
energía radiante o radiación de luz, este tipo de energía puede ocasionar daño
en los ojos del técnico soldador; todo los equipos para la protección de los ojos
deben tener un lente con un número de oscurecimiento que proporcione una
debida protección. El oscurecimiento de estos cristales de protección se
identifica con un número que indica la intensidad de radiación de luz que
permite pasar por el filtro del lente a los ojos del técnico soldador; en otras
palabras entre mayor sea el número de oscurecimiento, más oscuro es el filtro
del lente y menos radiación de luz pasará.
Es necesario hacer la siguiente recomendación: cuando exista la
probabilidad de que objetos vuelen hacia los ojos y cara del técnico soldador se
debe seleccionar el aparato protector de doble lado. La protección en ambos
lados de la cara reduce el riesgo de ciertos peligros: fragmentos de moler y
alambres de moler hagan contacto con los ojos o cara del técnico soldador. Los
14
trabajadores que utilizan una máscara de soldadura con un lente oscuro es
recomendable que también utilicen gafas con protección lateral o gafas
protectoras.
En la siguiente tabla se muestran los tipos de filtros a utilizar en la
soldadura para la protección adecuada y evitar daños en los ojos a corto y largo
plazo.
Figura 4. Filtro de lentes para uso de protección
Fuente: Protección de los ojos contra la energía radiante.
https://www.osha.gov/Publications/OSHA_FS-3588.pdf. Consulta: 21 de enero de 2017.
En resumen se debe evitar soldar con la ropa inapropiada, utilizar equipo
completo de seguridad personal y, sobre todo, evitar por tiempos prolongados la
exposición a los humos de soldadura porque contienen sustancias tóxicas cuya
inhalación puede ser nociva; por este motivo se debe soldar siempre en lugares
bien ventilados y, si es necesario, disponer de sistemas de extracción
localizada.
15
3. MARCO TEÓRICO
3.1. Acero estructural
Los tipos de aceros utilizados en la construcción de estructuras tienen dos
características principales: alta resistencia mecánica y alta ductilidad.
Una aleación se describe como la unión de dos o más elementos, donde
debe existir al menos un elemento que sea metal; el acero es una aleación que
está formada por hierro y carbono, este último puede estar incluido en la
aleación en un rango o porcentaje que va de 0,08 % a un 2,1 %; por lo general,
un acero dulce como se suele llamar al acero soldable no supera el 1 %.
Dentro de las aleaciones existen algunos elementos denominados
impurezas porque no son útiles para la conformación de la estructura molecular
y tampoco aporta alguna propiedad que beneficie la aleación. También, existen
ciertos elementos que se agregan intencionalmente para mejorar las
propiedades físicas y mecánicas de la aleación, a este tipo de estructura se le
conoce como aceros aleados.
El acero como material demuestra una alta resistencia al desgaste y una
excelente ductilidad; por tal razón resulta ideal como materia prima para la
construcción en edificios de acero o como refuerzo en concreto reforzado.
El acero, como se explicó, está formado por varios elementos, los más
relevantes son el hierro y el carbono; este último elemento determina qué clase
de acero será el producto final: el contenido de carbono en un acero aumenta la
16
resistencia a la tracción, tenacidad, fragilidad y dureza. Una carga grande de
carbono puede dar como resultado que el acero aleado se vea afectado en su
ductilidad; debido a esto el contenido de carbono se limita para los aceros
estructurales ya que la ductilidad es una propiedad muy importante en los
elementos de acero para la construcción moderna.
En la siguiente figura se muestra gráficamente el comportamiento del
acero según su contenido de carbono.
Figura 5. Comportamiento del acero según su contenido de carbono
Fuente: Boquillas para cortar con oxígeno.
http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen2/ciencia3/080/htm/sec_6.htm. Consulta:
30 de enero de 2017.
17
Otra característica del acero es la resistencia al desgaste, una de las
propiedades mecánicas que forman parte del acero, los aceros; de alta
resistencia fueron desarrollados durante los últimos 30 años, los materiales más
utilizados para las estructuras de acero en la actualidad. Se trata de conseguir
una mayor resistencia mediante la adición de ciertos elementos de aleación y
tratando de mantener los porcentajes de carbono bajos.
Todos los aceros estructurales son aceros soldables y algunos han
aumentado la resistencia a la corrosión. Las normas de acero más comunes
hoy en día para perfiles Wf es A992 y para placas es A36.
La resistencia de un acero es proporcional al contenido de carbono que
posea y esto da margen a pensar que al agregarle más carbono a la aleación
se obtendrá un mejor acero que lo hará más resistente; esto no es del todo
falso pero no hay que perder de vista que al incrementar el porcentaje de
carbono este aumenta su dureza y pierde ductilidad, característica vital en
temas estructurales; también, pierde la capacidad de ser soldado con facilidad
que es un gran inconveniente para los intereses del desarrollo de este
documento.
En la mayoría de los casos, al hacer cálculos estructurales, la resistencia
del acero se toma como su resistencia a la fluencia, no es muy difícil predecir
que el elemento estructural dejará de cumplir con su función cuando su
comportamiento deje de ser elástico y sus deformaciones dejen de ser
proporcionales a su esfuerzo.
En la siguiente tabla se detalla ciertas propiedades mecánicas de los
aceros más comunes en el mercado de la construcción.
18
Tabla I. Propiedades mecánicas de los aceros
Fuente: ArceloMittal. www.constructalia.com/espanol. Consulta: 15 de julio de 2016.
Otra propiedad del acero es la dureza; como propiedad es la capacidad de
un material para resistirse a ser rallado por el contacto con otro, y la fragilidad
se puede entender como la tendencia que tiene un material a fracturarse con
una mínima deformación; la fragilidad es lo opuesto a la ductilidad que es la
capacidad de un material de deformarse y regresar a su estado normal en un
ciclo determinado.
Existe algunas clases de acero que puede ser muy frágiles, debido al alto
contenido de carbono que lo hace ser un material muy duro. La fragilidad y la
19
dureza están estrechamente vinculadas con el tipo de estructura cristalina que
posea el acero.
Estructuras cristalinas: se sabe que la materia está compuesta por
partículas muy pequeñas llamadas moléculas que a su vez están
compuestas por partículas aún más pequeñas: átomos; la dispersión de
los átomos de determinado elemento puede variar dependiendo el
estado en el que se encuentre dicho elemento, es decir, un elemento en
estado gaseoso posee una distribución de átomos más separada que la
distribución de ese mismo elemento pero en un estado sólido.
En un metal en estado sólido la distribución de sus átomos se realiza en
forma de mallas tridimensionales; el metal, como se sabe, puede
encontrarse en dos estados: sólido líquido; en cada uno de estos estados
la alineación de las mallas es diferente; a esta variabilidad en la
alineación de las mallas se le conoce como un material polimórfico o
alotrópico.
De una manera muy simplista se puede decir que una estructura
cristalina no es más que la forma de cómo se ordenan los átomos en el
espacio tomando en cuenta que esto lo hace de manera ordenada y con
patrones de repetición que se extienden en tres dimensiones.
Cada tipo de malla en los metales tiene distintas propiedades, pese a
que se sigue tratando del mismo material, en el acero se pueden
encontrar principalmente dos tipos de mallas: cúbica centrada en el
cuerpo (BCC) y cúbica centrada en las caras (FCC) que se ilustran en la
figura siguiente.
20
Figura 6. Estado líquido de los metales
Fuente: Metales líquidos. https://www.taringa.net › Ciencia y educación. Consulta: 2 de febrero
de 2017.
Figura 7. Estructuras cristalinas
Fuente: Estructuras cristalinas. http://biblio3.url.edu.gt/Libros/2013/cmI/3-
Estructuras_Cristalinas.pdf. Consulta: 10 de febrero de 2017.
21
Como se aprecia en las figuras anteriores, la estructura BCC (cúbica
centrada en el cuerpo) es el estado del acero a una temperatura ambiente
también conocido como hierro alfa; como su nombre lo indica, esta estructura
posee una átomo en el cetro de la celda y 8 fragmentos de un segundo átomo
colocados en las aristas del cubo.
La estructura FCC (cúbica centrada en la cara) es el estado del acero
cuando alcanza una temperatura de 910 ºC, también, conocido como hierro
gamma, en esta estructura se puede observar que en cada arista, el cubo
posee 1/8 de átomo y en las caras del mismo posee medio átomo para dar un
total de 4 átomos por cada celda de esta estructura.
Para la celda FCC este factor es 0.74 y para la celda unitaria BCC es 0,68;
de tal manera se deduce que la celda FCC está más llena.
Aunque parezca contradictorio, a pesar de que las celdas BCC tienen más
espacio libre, la distribución geométrica de los átomos, para un átomo anfitrión
dado, genera que los espacio intersticiales permitan alojar átomos de un radio
menor que los que podría alojar la estructura FCC; esto anudado a la relación
de tamaños de los átomos de hierro y de carbono provocan que la estructura
FCC diluya mucho más carbono que la BCC. Esto indica que para el acero, al
modificar la estructura de un acero de BCC a FCC, se permite que el hierro
disuelva más carbono y de esta manera posea características distintas, a pesar
de ser el mismo material.
El objetivo de profundizar en este tema es que el lector comprenda que el
acero puede variar su estructura cristalina y esta variación está en función del
cambio de la temperatura y por ello puede tener distintas propiedades; y estas
22
variaciones se ven afectadas por la cantidad de carbono y la cantidad de
elementos secundarios de la aleación.
Para una mayor compresión de lo indicado en el párrafo anterior se puede
hacer uso de una herramienta indispensable en el estudio de la metalurgia del
acero: el diagrama hierro – carbono que muestra la representación gráfica de
los estados y fases por las que atraviesa el acero todo en función de la
temperatura y el proceso que se utilice para enfriarlo; ya que el enfriamiento
representa la última etapa del proceso y es donde se forman las diferentes
clases de microestructuras.
La gráfica del hierro – carbono muestra la frontera entre un acero y una
fundición y, como ya se ha explicado líneas arriba, esto depende de la cantidad
de carbono que contenga la aleación.
Figura 8. Diagrama hierro – carbono
Fuente: Tecnología industrial.
http://tecnologiaselectividad.blogspot.com/2009_11_01_archive.html. Consulta: 12 de febrero de
2017.
23
A los microconstituyentes se les conoce como las diferentes fases del
acero o una aleación general a diferentes temperaturas; las fases del acero
presentan características particulares en las cuales los principales
microconstituyentes del acero listan a continuación:
Ferrita (α): consiste en átomos de hierro con estructura BCC y átomos de
carbono en los espacios intersticiales; la cantidad de átomos de carbono
que puede diluir la ferrita es pequeña; esta fase es muy suave, dúctil y
magnética.
Austenita (γ): consiste en átomos de hierro con estructura FCC y átomos
de carbono en los espacios intersticiales; es una fase más suave y más
dúctil que la ferrita y es no magnética.
Cementita (Fe3C): tiene un 6,67 % en peso de carbono, y es un
compuesto intermetálico; la cementita es muy dura, de hecho es el
constituyente más duro de los aceros al carbono, con una dureza de 68
Rockwell C. La cementita destaca por ser un constituyente frágil, con
alargamiento nulo y sin resiliencia.
Perlita: es un constituyente formado por placas alternas de ferrita y
cementita, el punto marcado con un círculo azul es denominado punto
eutectoide, 0,77 % de carbono, en este punto la ferrita y la cementita
están en cantidades exactas para formar un 100 % de perlita; a la
izquierda del punto (aceros hipo-eutectoides) habrá un exceso de ferrita,
por lo que se formará solo la cantidad de perlita que permita la cementita
presente y quedará una mezcla entre perlita y ferrita; por el contrario, al
lado derecho de este punto (aceros hiper-eutectoides) existirá un exceso
24
de cementita en relación a la ferrita y se formará una mezcla de perlita y
cementita.
Martensita: es una solución sólida sobresaturada de carbono en hierro
alfa, se obtiene por un enfriamiento muy rápido de los aceros; una vez
elevada su temperatura lo suficiente para conseguir su constitución
austenitica, después de la cementita es el constituyente más duro del
acero. Esta estructura es la obtenida a través del temple, aunque es una
estructura que se puede buscar en ciertas aplicaciones debido a su alta
dureza; puede ser muy perjudicial para otras por su fragilidad; en
soldadura es de vital importancia tomar en cuenta los aspectos técnicos
que permitan evitar la formación de estructuras martensíticas para no
fragilizar las uniones.
Ahora ya se puede comprender mejor el porqué los aceros se clasifican
según su estructura cristalina y dentro de esta clasificación se encuentra tres
clases de aceros: estos son: acero de bajo contenido de carbono, acero con
medio contenido de carbono y acero con alto contenido de carbono.
Aceros de bajo carbono: la estructura que predomina es la ferrita, el
contenido de carbono es menor al 0,2 % como propiedades principales
podemos encontrar que es un acero blando, dúctil, de bajas propiedades
mecánicas con alto porcentaje de alargamiento y sobre todo baja dureza
posee un excelente comportamiento para soldabilidad.
Aceros de medio contenido de carbono: la estructura está formada por
una mezcla de ferrita y perlita, el contenido de carbono se encuentra
entre 0,2 % al 0,5 %, esta gama de acero es la que se encuentra en la
25
mayoría de aceros comerciales. Y adquiere dureza con un proceso de
templado o con un incremento en su contenido de carbono.
Aceros de alto contenido de carbono: la estructura de este acero puede
estar formada por una mezcla de ferrita y perlita o perlita y cementita, el
contenido de carbono supera 0,5 % dentro de sus propiedades posee
una elevada resistencia y una gran dureza aunque se convierte en un
acero muy frágil ya que su tenacidad es muy baja o casi cero.
El acero, como fuente de materia prima y dependiendo de la aplicación
que se le pueda dar, puede ser sometido a diferentes procesos independientes
del diagrama hierro-carbono.
Templabilidad: la templabilidad, es un término utilizado para referirse a la
facilidad de un acero de ser templado; el temple consiste básicamente en
elevar la temperatura del acero hasta sobrepasar el límite de
austenización y luego enfriarlo posteriormente con aceite, agua o aire
según sea la situación de enfriamiento; puede ser un proceso controlado
o una consecuencia no deseada de un proceso que aporta calor como la
soldadura; como resultado final se produce martensita, esta estructura es
sumamente dura y frágil, tanto así que cuando el temple se realiza en un
procedimiento controlado, por lo general, después se debe realizar otro
proceso que se le conoce como revenido que consiste en volver a elevar
la temperatura del material, esta vez por debajo de su punto de
austenización y dejarlo enfriar; esto se hace para eliminar cierta dureza al
temple original y disminuir algunas fragilidades que pueden hacer
inutilizable el material.
26
Las propiedades mecánicas que se desee obtener de la aleación
dependerán de la composición química, el contenido de carbono y de la
velocidad con la que se enfríe dicho acero luego de haber superado la
frontera de la fase de austenítica. El objetivo de este trabajo no es
profundizar en este tema más allá de generar la idea principal y dejar
claro que el acero puede cambiar de estructura al elevar la temperatura
considerablemente que puede representar una severo daño a la pieza y
para lo que se le pueda emplear.
De lo anterior, se comprende que mientras más alto sea el contenido de
carbono de un acero, es más susceptible a templarse, incluso con
enfriamientos relativamente lentos como al aire libre; de allí que los
aceros estructurales se limitan a un carbono bajo, medio-bajo. Los
aceros de alto contenido de carbono deben ser soldados (si es viable)
con procedimientos especiales de precalentamiento y enfriamientos
controlados.
Soldabilidad: es la facilidad con la que un acero permite obtener
soldaduras sanas y homogéneas; en otras palabras, es el parámetro que
mide que tan soldable puede ser un acero, normalmente teniendo como
referencia un término conocido como carbono equivalente que se define
en la sección siguiente.
A partir de la templabilidad y soldabilidad se han creado varios métodos
para calcular el contenido de carbono, pero solamente se explicará uno de los
diferentes métodos existentes: carbono equivalente.
Carbono equivalente: cuando se aplica cualquier tipo de soldadura
producida por arco eléctrico en los aceros al carbono y de baja aleación
27
produce el endurecimiento de la zona afectada por el calor del metal base; esto
es causado normalmente por la transformación de la austenita en martensita
que resulta del rápido enfriamiento del metal de soldadura; el nivel de
endurecimiento depende del contenido de carbono en la aleación y la velocidad
de enfriamiento. Sin embargo, para aceros que contengan otros elementos en
su composición química puede tomar roles importantes y determinantes en el
comportamiento del acero ante el proceso de soldadura.
Para aceros al carbono y de baja aleación, el efecto de la composición se
evalúa por medio del carbono equivalente desarrollado empíricamente (Ceq). El
Instituto Internacional de Soldadura desarrolló una fórmula para calcular el
carbono equivalente:
El resultado de la ecuación anterior se debe comparar con los siguientes
parámetros para saber la soldabilidad del material.
Hasta un 0,25 %C: no es necesario tomar medidas especiales para
aplicar una soldadura.
De 0,25 %C a 0,40 %C: medianamente soldable por ello es
recomendable tomar algunas medidas técnicas antes de aplicar
soldadura.
Por encima de 0,40 %C: es muy poco soldable y es importante tomar
todas las consideraciones necesarias hablando técnicamente antes de
aplicar una soldadura.
28
Por ejemplo, la aleación ASTM A992, que es la adición más reciente
desde 1998, pasó a formar parte de la lista de aceros estructurales en Estados
Unidos, está disponible solamente en perfiles tipo W. Para fines prácticos se
trata de un acero A572 grado 50 con requisitos adicionales; el carbono
equivalente no excede de 0,50 y ofrece características excelentes para
soldabilidad y posee una excelente ductilidad.
Ahora que ya se está familiarizado con ciertos términos muy técnicos se
puede explicar de una manera más detallada qué es y cuáles son los beneficios
de un acero estructural, cuáles pueden ser sus desventajas como tal y la
clasificación según la norma que los regula.
3.1.1. Aceros estructurales
Aceros estructurales se refiere a perfiles rolados en caliente, utilizados
para la construcción de edificios de acero. Los aceros estructurales se pueden
clasificar según su forma en perfiles estructurales que pueden tener una
variedad de formas como: I, H, T, canal o ángulos. Las vigas Wf (wide Flange)
son las más utilizadas en la construcción de edificios que no sean bodegas o
galpones. Los perfiles Wf, en la actualidad son casi exclusivamente A992
(grado 50), los canales y ángulos son A36.
Dentro de esta clasificación de acero estructural también se encuentra las
barras, piezas de acero laminado cuya sección transversal pueden ser
circulares, hexagonales y cuadrados. Este tipo de elementos son normalmente
acero A36.
29
No se debe olvidar mencionar las planchas que son fabricadas en
diferente espesor y ancho, las planchas de acero se cortan y se soldan para
formar perfiles armados. En nuestro medio las láminas son normalmente A36,
pero se pueden conseguir en otros países cercanos en A572 G50.
La alta resistencia del acero por unidad de peso implica que será
relativamente bajo el peso de la estructura; esto es muy importante para
puentes y edificios sumamente grandes.
La uniformidad es una de las ventajas del acero debido a que con el
tiempo no cambia apreciablemente sus características como le sucede a las
estructuras de concreto reforzado. Si el mantenimiento de las estructuras de
acero es adecuado durará indefinidamente; algunas investigaciones realizadas
en los aceros modernos revelan que bajo ciertas condiciones no se necesita
ningún mantenimiento a base de pintura. En resumen, el acero estructural es un
material plástico, dúctil, tenaz, resistente y de bajo costo en su fabricación.
A continuación, se muestra una tabla de las clases de acero y sus posibles
aplicaciones.
30
Tabla II. Clases de acero y sus posibles aplicaciones
Fuente: Elección de tipos de aceros para estructuras.
https://www.gerdau.com/gerdaucorsa/es/productsservices/.../eleccion-tipo-de-acero.pd.
Consulta: 28 de febrero de 2017.
31
3.1.2. Desventajas del acero estructural
El acero es susceptible a la corrosión al estar expuestos al aire y al agua,
por consiguiente, se le debe aplicar diversas capas de recubrimiento que puede
evitar cualquier tipo de reacción química con el oxígeno; esto es de mayor
interés si la estructura está en un ambiente que propicie la corrosión como
cerca del océano o proceso industriales específicos; en edificio normales esto
no es un problema difícil de tratar.
3.1.3. Acero norma ASTM A992
La especificación estándar ASTM A992 se emplea con mayor frecuencia
en la construcción de componentes de bastidor como vigas en I y periles Wf.
Este acero se define por una mezcla de elementos que incluye: cobre, vanadio,
cromo, níquel y molibdeno. Actualmente, remplazo a la norma A36 para perfiles
Wf.
La composición del acero A992 se presta para una mejora en la
soldabilidad, agregando a su utilidad en todo tipo de proyectos de construcción.
Este acero mantiene una resistencia elástica a la tracción de 50 000 psi y una
resistencia a la tracción final de 65 000 psi. El acero A992 se utiliza para
fabricar componentes de acero estructural con alta resistencia a la corrosión,
esenciales para proyectos de construcción expuestos a duras condiciones
climáticas.
En el caso específico de este trabajo, los perfiles Wf cuyo espesor de
patines esté entre los grosores especificados, serán A992.
32
3.1.4. Acero norma ASTM A36
De los aceros al carbono, el acero ASTM A-36 es una de las variedades
más comunes; este acero ofrece una excelente resistencia para ser una
aleación con bajo contenido de carbono y posee una gran ductilidad, con una
plataforma plástica definida. La resistencia a fluencia de este material es de 36
000 psi y una resistencia a tracción final de 58 000 psi.
Su composición está formada básicamente por hierro en un 98 % o 99 %,
y desde luego una pequeña cantidad de carbono, aproximadamente 0,18 %,
contiene pequeñas cantidades de otros minerales: cobre al 0,2 %, manganeso
en un 0,8 % y fosforo en 0,04 % estos elementos consiguen darle a la aleación
fuerza y resistencia; no se puede dejar de lado que es prácticamente imposible
dejar la aleación sin impurezas de azufre pero con un contenido que va hasta el
0,05 % como máximo es aceptable y calificado por las normas que rigen la
calidad del acero estructural.
En nuestro medio, este acero es el material del cual están hechas las
placas o láminas en espesores desde ¼” hasta 2,5”, de aquí que los perfiles
armados serán fabricados típicamente con este material, aunque es posible
conseguir láminas A572 cuya fluencia es 50 000 psi.
3.2. Materiales de aporte
La mayoría de los electrodos o materiales de aporte se clasifican a partir
de sus propiedades que fueron estudiadas y clasificadas según el comité
asociado a la American Welding Society (AWS) y a la American Society
Mechanical Enginers (ASME); como se ha mencionado, las propiedades
mecánicas del acero dependen en gran medida del tipo de aleación que se
33
involucran en su fabricación, por lo tanto, el electrodo o material de aporte se
debe seleccionar con base en la composición química de los aceros que se
fueren a soldar.
En el apartado 2,1 se hace mención del proceso GMAW que necesita
como producto consumible un alambre especial; entre estos alambres puede
haber alambres sólidos y tubulares; los alambres sólidos puede que sean los
más utilizados debido a su menor costo pero la elección que se tenga por uno o
por otro será fundamentalmente al metal base y al espesor que se fuese a
soldar. En este caso se enfocará de manera precisa por la elección de alambre
tubular ya que este se comporta de manera similar al comportamiento que tiene
un electrodo revestido.
Actualmente, en la industria se puede encontrar una variedad de bobinas
de diferentes marcas y diámetros que van desde 0,9 / 1,0 / 1,2 y 1,6 milímetros.
Este capítulo se enfocará en hablar específicamente del alambre con diámetro
de 1,6 mm o 1/16” que es utilizado para la unión de vigas a tope con acero A36
y A992. El material de aporte en mención ha sido diseñado para depositar
soldaduras de calidad en todas las posiciones con aceros al carbono; las
aplicaciones de alambre tubular en la industria del acero estructural son
diversas como también el aporte que brinda a otra industrias, por ejemplo, se
puede hacer mención de las industrias que trabajan con otros materiales que
utilizan acero que su contenido de carbono este por arriba de lo que se
considera como un acero estructural; desde luego que esos materiales con alto
contenido de carbono no deben exceder el límite que nos marca el diagrama
hierro-carbono porque ya se estaría hablando de fundiciones.
El alambre tubular según lo estipulado por la norma y el fabricante,
produce una escoria de solidificación lenta la cual es una ventaja cuando se
34
trabaja con materiales de gran espesor pero sin dificultar la soldadura en
diferentes posiciones y desde luego ofrece una fácil limpieza. Como todo en la
industria del acero estructural, el material de aporte del que se está tratando, el
alambre tubular de 1,6 mm o 1/16” está sujeto a la norma ISO 17632-A-T.
El tipo de alambre o material de aporte se clasifica según su composición
y el gas protector; para entender esta clasificación se ha adoptado una serie de
números y letras según las propiedades mecánicas del depósito de soldadura,
un ejemplo típico de clasificación con base en el sistema universal de
clasificación es E71T-1; en la siguiente figura se explicará de forma visual.
Figura 9. Significado de la nomenclatura de materiales de aporte
Fuente: Tipos de alambre utilizado con soldadura. www.demaquinasyherramientas.com ›
Soldadura. Consulta: 3 de marzo de 2017.
35
Se considera necesario hacer mención sobre los tipos de aceros y
electrodos que se pueden utilizar; la siguiente tabla muestra la relación que
existe entre los metales bases y los metales de aporte; es importante utilizar los
materiales que aparecen en la lista del código de soldadura AWS D1.1 debido a
que todo esto ya ha sido precalificado y pueden ser utilizados para la
realización de un WPS.
En la siguiente tabla se encierra en un círculo rojo el material de aporte
aprobado por el código de soldadura.
Tabla III. Metales base y los metales de aporte
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 6 de marzo de 2017.
36
Clasificación de electrodo y tipo a utilizar
Como parte de las variables a tomar en cuenta para el desarrollo de del
WPS es necesario tomar en cuenta el material de aporte según el proceso a
utilizar; como ya se ha explicado, el proceso a utilizar es GMAW; según el
código, el material precalificado se encuentra dentro de la tabla 3. Y según
estas normas el material base utilizado es A5.18 /ASME ER70S-6.
Figura 10. Material de aporte precalificado
Fuente: elaboración propia.
37
3.3. Metalurgia de la soldadura
Se concentra en analizar los diferentes procesos de calentamiento, fusión,
solidificación y enfriamiento en la soldadura que es el método más común y
utilizado en la actualidad para la unión de materiales metálicos, pero es el más
complejo desde el punto de vista de cambios no intuitivos en el material.
Prácticamente todos los tipos de fenómenos metalúrgicos ocurren durante la
realización de una soldadura. Dentro de estos fenómenos esta: fusión,
solidificación, reacciones gas-metal, fenómenos de superficie y reacciones en
estado sólido.
Todo proceso de soldadura genera una carga considerable de energía
térmica que ocasiona el incremento en la temperatura que es producida por la
acción de un arco eléctrico, al exponer el material en estas condiciones
extremas, el metal alcanza la fase de austenización (se forma austenita), esto
se puede apreciar de mejor manera en el diagrama hierro carbón (figura 8)
donde se observan las diferentes fases del acero y los diferentes cambios al
llegar a este punto crítico. La zona susceptible a cambios de microestructura
derivado de la soldadura se conoce como zona afectada por el calor (ZAC) o
zona afectada térmicamente (ZAT).
Por los cambios de estructura cristalina en esta área, es allí donde se
producen la mayoría de las fallas, sobre todo cuando existen sobre cargas
cíclicas, todo debido a la alta temperatura que se ocasiona por la soldadura. El
resultado final de una soldadura es el producto de varias etapas que inician con
las reacciones que se producen cuando el acero se encuentra en estado líquido
y terminan cuando el acero alcanza su estado sólido. En el instante que da
inicio la solidificación se forman las dos diferentes estructuras cristalográficas,
luego de esto ocurren las transformaciones termomecánicas (son las tensiones
38
residuales que se dan en el acero al ser expuesto a energía térmica) y estas
solo pueden darse en un estado sólido, terminados estos procesos se llega al
resultado final. Se considera importante explicar de manera simple lo que son
estructuras cristalográficas como se ha hecho mención en el párrafo anterior.
Estructura primaria
Luego de la aplicación de la soldadura se da inicio al proceso de
solidificación; en esta etapa se forman las diferentes estructuras iniciando con lo
que se conoce como estructura primaria, al darse las transformaciones
termomecánicas mencionadas en las sección anterior se obtiene la estructura
final o conocida como estructura secundaria.
Se debe tomar en cuenta que la creación de estas estructuras se da
siempre y cuando exista una fusión sin importar si exista material de aporte o
no. Con un material de aporte no adecuado se puede obtener un resultado no
deseado ya que las estructuras que se formarán en la etapa de solidificación
pueden alterar las propiedades mecánicas deseadas; es por ello la importancia
en la elección debida de los diferentes materiales de aporte que existen en la
industria porque los metales a soldar pueden tener diferentes características.
Siguiendo con las estructuras cristalinas es necesario que se tomen en
cuenta ciertos aspectos que se pueden dar antes y durante la solidificación de
una soldadura: reacciones metal-gas, reacciones con fases líquidas no
metálicas como las escorias o fundentes y reacciones que se dan en estado
sólido producidas durante la solidificación de la soldadura; la cristalización es un
proceso algo complejo pero es necesario ver los fenómenos con que se rigen
para lograr entender este tema más detalladamente.
39
El primer fenómeno de la cristalización da inicio con el proceso de
soldadura; el número de cristales aumenta y a medida que el proceso se
va desarrolla también se incrementa la rapidez o velocidad con la que los
cristales se van multiplicando; acá se produce un fenómeno particular:
los cristales en mención incrementan su tamaño individual y esto da
como resultado que el espacio entre cristales se vaya reduciendo
provoca a su vez una desaceleración en la creación de cristales en el
área afectada por el calor.
El segundo fenómeno representa la forma en que crecen los cristales,
debido a que dichos cristales están rodeados de líquido y suelen crecer
de forma regular; pero al haber un cristal con una diferente ubicación
espacial (otro metal), los cristales crecerán de forma irregular y solo la
interacción de dichos cristales podrá dictar su estructura final. Es propicio
mencionar que la velocidad con la que crecen los cristales influye en la
forma en la que se encuentren ubicados al final del proceso.
La solidificación de una soldadura es el proceso de transformación de
sólido a líquido la cual está gobernada por un proceso donde se combina la
nucleación y el crecimiento de cristales; el tamaño, orientación y distribución de
los granos define las propiedades mecánicas de la zona que ha sido soldada.
Dicho crecimiento de cristales va en la misma orientación que el grano de
metal. A este fenómeno se le conoce como crecimiento epitaxial que es común
en todos los procesos de soldadura por fusión.
El crecimiento de cristales, también, es influenciado por el estado de la
pileta líquida a la hora de realizar la soldadura; también influye la velocidad de
avance y la temperatura, factores sumamente importantes; si la velocidad de
40
avance es baja la pileta tiende a tomar una forma elíptica, pero si la velocidad
aumenta, la pileta tiende a alargarse tomando forma de gota.
Resumiendo, la forma de la pileta es la que determina la dirección de los
granos al igual que la velocidad de crecimiento, también se debe tomar en
cuenta la velocidad de enfriamiento; para hablar de este tema específicamente
es necesario realizar una serie de cálculos y una cuidadosa especificación de
las condiciones en que se producirá la soldadura debido a que la velocidad de
enfriamiento puede variar como lo hace el gradiente térmico con la posición y el
tiempo; cuando la pileta se encuentra en fusión toma una forma de gota, pero el
gradiente térmico máximo tendrá muy poca variabilidad en su dirección y en
todos los puntos de solidificación; si la pileta de fusión es elíptica, la dirección
de gradiente máximo cambiará continuamente desde el borde hacia el centro
del cordón. En la siguiente figura se muestra lo que sucede cuando la pileta
tiene forma elíptica y cuando tiene forma de gota.
Figura 11. Pileta con forma elíptica y pileta con forma de gota
Fuente: Universidad Tecnológica de Pereira. Metalografía.
http://blog.utp.edu.co/metalografia/capitulo-18-soldadura-metalurgia-de-la-soldadura-procesos-
de-soldadura-soldabilidad. Consulta: 15 de marzo de 2017.
41
Si se quiere tener una mayor compresión de esto, existen diagramas de
estado; un diagrama de estado representa de forma gráfica el estado de una
aleación; si varía su composición química, la temperatura y la presión variará su
estado final; al diagrama que se ha mencionado se le conoce como diagrama
de equilibrio.
Estructura secundaria
Un acero recién solidificado que se ha enfriado a temperatura ambiente
produce transformaciones de fase en estado sólido que dan origen a la llamada
estructura secundaria. Estas transformaciones en la soldadura son sumamente
importantes porque es donde se pueden alterar las propiedades mecánicas del
metal.
La velocidad con la que se enfría tiene relación directa en determinar las
condiciones para las transformaciones de fase antes mencionadas y que estas
fases no sean equilibradas; por esta situación los diagramas de fase de
equilibrio se vuelven difíciles de utilizar. En estos casos se utiliza otro tipo de
diagrama: el diagrama de temperatura – transformación – tiempo TTT donde se
observa la relación que existe en durante el tiempo y la temperatura necesaria
para llegar a la transformación.
Este tema es interesante y complejo pero no se profundizará debido a que
no es el objetivo de este trabajo; en resumen las fases del acero están
estrechamente ligadas al tiempo y a la velocidad de enfriamiento.
Cabe mencionar que en la aplicación de la soldadura, como proceso
térmico y con incidencia en la metalurgia del acero, se producen ciertas
reacciones mecánicas que pueden ser detectadas con pruebas no destructivas;
42
pero no se profundizará en este tema porque para el caso es más relevante
explicar estas reacciones físico mecánicas.
Fisuración
En soldadura o zonas afectadas por el calor pueden ocurrir varios tipos de
discontinuidades, estas pueden contener porosidad, escoria o fisuras; de las
tres, las fisuras son las más perjudiciales.
Fisura
Las fisuras en la soldadura o en sus proximidades indican que existen uno
o más problemas que deben ser abordados. Es necesario dedicar unas líneas a
la explicación de este tipo de falla, cuáles son las causas y cuáles pueden ser
las consecuencias ya que en el momento de la fabricación es importante tomar
en cuenta algunos aspectos: alto contenido de carbono y aleaciones que
contenga el metal base, altas velocidades de enfriamiento, captación de
hidrógeno, bajo punto de fusión de contaminantes en el metal base, diseño de
la junta inadecuada, etc; todos estos detalles pueden dar como resultado final
una soldadura fisurada.
Básicamente hay dos tipos de fisuración: fisuración en frío y fisuración en
caliente.
Fisuración en frío
La fisuración en frío o por hidrógeno es una discontinuidad que se da en
un tiempo posterior a la aplicación de la soldadura lo que la hace ser muy
crítica; en muchos casos, estas fisuras se muestran decenas de horas después
43
lo que vuelve vulnerable la integridad de la estructura y por este motivo se
deben aplicar ensayos no destructivos para la localización de las mismas en un
cordón de soldadura. Existen tres causas que provocan la fisuración por
hidrógeno o en frío:
Existe gran cantidad de hidrógeno difusible en el metal de soldadura o en
el ZAC, este hidrógeno puede venir de la humedad que se encuentra en
el ambiente o puede provenir del material de aporte (electrodos) es por
esto que se recomienda hacer un precalentamiento y los materiales de
aporte son de bajo hidrógeno.
Una microestructura dura superior a los 36,8 (HRC), esto es una
estructura en fase martensita.
Tensiones mecánicas como las residuales o térmicas.
En la siguiente imagen se muestra como es una fisuración en frío.
Figura 12. Soldaduras con fisuración en frío
Fuente: Inspección visual en soldadura.
https://josecarlosrobles.wordpress.com/2012/07/14/inspeccion-visual-en-soldadura-
imperfecciones-mas-usuales. Consulta: 20 de marzo de 2017.
44
Fisuración en caliente
Este tipo de discontinuidad puede darse como resultado del efecto
combinado de la contracción, una característica de cualquier proceso que
implique energía térmica como la soldadura, ya que en este proceso se
involucra la variable de calentamiento localizado; la ausencia de una adecuada
ductilidad del metal a altas temperaturas produce este tipo de fisuras.
Esta falla puede presentarse en la etapa final de la solidificación de la
pileta líquida; aproximadamente, ocurre a temperaturas elevadas de 80 % a 90
% por ciento de la temperatura de fusión en grados kelvin o pueden ocurrir en la
zona afectada por el calor de soldadura; se le denomina fisuras de licuación, ya
que se produce por licuación de fases segregadas en borde de grano muy
próximas a la línea de fusión.
Se conocen algunas causas que provocan este tipo de fisura; a
continuación, se listarán las más conocidas.
Contenido de elementos con bajo punto de fusión como el fósforo y el
azufre en aceros al carbono y de baja aleación en aceros inoxidables
austeníticos y no ferrosos.
Alta densidad de corriente.
Mal diseño de la junta y alto grado de rigidez de la unión.
Altas velocidades y arco largo incrementan la fisuración en caliente.
45
Otra de las causas de fisuración puede ser la forma del cordón; debido a
que hay una relación entre el ancho y la profundidad del cordón; en otras
palabras el cordón de soldadura no puede ser más ancho que la profundidad ni
la profundidad mucho más grande que el ancho.
En resumen, para evitar la fisuración en caliente, el material que se va a
soldar debe tener bajo contenido o nada de fósforo y azufre; además, el cordón
debe tener una relación de 3/2; en la siguiente figura se muestra de manera
explícita y gráfica la relación que debe existir entre el ancho y la profundidad del
cordón de la soldadura.
Figura 13. Relación de cordones de soldadura en ancho y profundidad
Fuente: Soldadura y tecnología. soldaduraytecnologias.blogspot.com/. Consulta: 25 de marzo
de 2017.
46
3.4. Técnica de aplicación de la soldadura
El código AWS describe los pasos para aplicar una soldadura de calidad.
Se describirán los pasos a dictados por la American Welding Society.
Biseles
Un bisel es un proceso de preparación para la aplicación de una
soldadura. Dicho proceso se da transversalmente en un ángulo entre 45° y 60°
que evitará formas angostas que provoquen la fisuración en caliente de la
soldadura.
Existen varios tipos de biseles: l bisel en X, bisel en V y otros, pero el más
utilizado en el tipo de uniones de interés en este documento es el bisel tipo V; si
se hace el proceso de biselado de manera respectiva a las piezas que se
fuesen a soldar según el espesor del material base eliminará del área todos los
óxidos, grasas y escamas que puedan contaminar la junta. Para el
procedimiento hay que preparar las orillas de ambas piezas biselando cada una
con un ángulo aproximado de 45º dejando un hombro entre 2 y 3 mm de
espesor.
En las siguientes figuras se muestra un bisel en forma de V a 45º como
luce antes de aplicar soldadura y como se ve una soldadura ya terminada con
su bisel apropiadamente.
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Figura 14. Bisel en forma de V a 45º sin soldadura
Fuente: elaboración propia.
Figura 15. Bisel en forma de V a 45º con soldadura
Fuente: elaboración propia.
48
Precalentamiento
Uno de los aspectos principales al realizar una soldadura es prevenir y
evitar en la medida de lo posible la formación de microestructuras martensíticas;
como se sabe, este tipo de estructura tiene una dureza sumamente grande y
como resultado se vuelve frágil. Estas estructuras se precipitan derivado del tipo
de enfriamiento que posea un acero, su cantidad y facilidad de formación se
incrementa directamente con el contenido de carbono. Una característica
inherente de los metales es la conductividad térmica, es decir, al aplicar calor,
soldadura en este caso, en una de las secciones de un metal ocasionará una
diferencia de temperatura entre la sección soldada y el resto del metal que se
encuentra a temperatura ambiente, por consiguiente, el calor se distribuirá por
todo el material a una velocidad elevada, produciendo en el área soldada un
enfriamiento a veces suficientemente rápido para formar martensita y fisuras.
Los objetivos principales de precalentar el material es retardar el
enfriamiento para evitar la formación de estructuras indeseadas y como
consecuencia que el material se vuelva frágil y que pierda su tenacidad y
ductilidad, también, el precalentamiento propicia la difusión de hidrógeno fuera
del material para reducir porosidades en la soldadura por la presencias de
humedad y evitar futuras fisuras en frío, minutos o incluso horas después de
finalizada la soldadura.
Uno de los métodos más comunes y conocidos para evaluar las
necesidades de precalentamiento en un acero que será soldado es el carbono
equivalente. Aplicando dicha fórmula para un acero A36 se tiene la siguiente
composición química:
49
Tabla IV. Composición de acero A36
Elemento Porcentaje %
Carbono (C) 0,21
Manganeso (Mn)
Azufre (S) 0,05
Fósforo (P) 0,04
Silicio (Si) 0,4 Max
Cobre (Cu) =
Níquel (Ni) =
Cromo (Cr) =
Molibdeno (Mo) =
Niobio (Nb) =
Vanadio (V) =
= 0,22333
Fuente: elaboración propia.
Tabla V. Composición de acero A992
Elemento Porcentaje %
% ≤ 0,25
Carbono (C) 0.50 – 1,60
Azufre (S) 0,045
Fósforo (P) 0,035
Silicio (Si) 0,4 Max
Cobre (Cu) = 0,6 Max
Níquel (Ni) = 0,45 Max
Cromo (Cr) = 0,35 Max
Molibdeno (Mo) = 0,15
Niobio (Nb) = 0,05
Vanadio (V) = 0,15 Max
= 0,25
Fuente: elaboración propia.
50
Por el resultado de la fórmula se aplican los criterios que se describieron
en el capítulo 3.1 (apartado de soldabilidad página 27), pero se hará
nuevamente la referencia.
Hasta un 0,25 %C: no es necesario tomar medidas especiales para
aplicar una soldadura.
De 0,25 %C a 0,40 %C: medianamente soldable por ello es
recomendable tomar algunas medidas técnicas antes de aplicar
soldadura.
Por encima de 0,40 %C: es muy poco soldable y es importante tomar
todas las consideraciones necesarias hablando técnicamente antes de
aplicar una soldadura.
Existen otros métodos de predicción de temperatura de precalentamiento
y surgen a partir del trabajo que se realizó en ensayos en aceros al carbono
sobre severidad térmica controlada (CTS). Este diagrama toma en cuenta el
hidrógeno que se difunde, el carbono equivalente, espesor de juntas y aporte
térmico.
Para este caso en particular se pueden utilizar las temperaturas que
sugiere el código de la AWS. Para los aceros que según su contenido de
carbono lo llegasen a necesitar, se muestran las tablas precalificadas pero se
anticipa diciendo que para el acero A36 y A992, por poseer un contenido de
bajo carbono y estar dentro del rango que se explicó en el apartado anterior no
requiere precalentamiento:
51
Tabla VI. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 30 de marzo de 2017.
52
Tabla VII. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 30 de marzo de 2017.
53
Tabla VIII. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 30 de marzo de 2017.
54
Posición de soldadura
En la soldadura existen cuatro posiciones para trabajar la soldadura de
ranura:
1G soldadura de superficie plana
2G soldadura horizontal
3G soldadura de arriba hacia abajo y viceversa
4G soldadura sobre cabeza de techo
Con estas cuatro nomenclaturas se puede identificar la posición en la que
se realizará dicho trabajo; esto facilita la retroalimentación del formulario WPS.
55
4. PRECALIFICACIÓN DEL WPS
4.1. Proceso de la soldadura
Para realizar una soldadura precalificada, la intención de este documento,
se deben respetar las especificaciones del código de soldadura de acero
estructural AWS D1.1.
El WPS depende del proceso, especificación, clasificación y diámetro del
electrodo, especificaciones del metal base, características eléctricas,
temperatura mínima de precalentamiento, corriente que se utiliza en la
soldadura, velocidad de avance, voltaje del arco, posición de la soldadura y
detalles del diseño de la junta.
Efectos de las variables para soldadura: las variables que se involucran en
un proceso de soldadura pueden ser muchas, unas con más incidencia en la
calidad que otras, en las secciones siguientes se describen las más
importantes.
Antes de continuar, es importante explicar que todo proceso de soldadura
es a base de electricidad; actualmente, la industria de la soldadura se ha
desarrollado tanto que existe una gran variedad de máquinas para los
diferentes procesos de soldadura que existen, pero en principio todas estas
máquinas trabajan con las dos formas de tensión que existen: voltaje continuo
(CV) y corriente continua (CC).
56
En los procesos de SMAW se utiliza corriente continua (CC); los procesos
como GMAW, SAW y FCAW utiliza voltaje continúo (CV).
En este documento se abordará únicamente la información relacionada
con voltaje continúo (CV) que utiliza un material de aporte que es continuo y un
gas inerte que realiza la función de revestimiento en un electrodo común, este
proceso es conocido como GMAW.
Amperaje
Se define como la cantidad de corriente o flujo de electrones que fluyen a
través del electrodo y la pieza a soldar; esta es una variable primaria a la hora
de calcular el calor de entrada ya que un amperaje más alto significa una mayor
velocidad de deposición, una penetración más profunda y más dilución; es
importante hacer mención sobre la longitud de arco ya que esta es graduada
únicamente por el técnico soldador y puede afectar directamente la cantidad de
corriente que fluya a través de ella; esto significa que a entre mayor es la
longitud del arco menor será el amperaje que fluya a través del mismo arco.
Voltaje del arco
Al igual que la corriente, esta variable también se ve afectada por la
longitud del arco eléctrico; cuando la longitud del arco aumenta, también, lo
hace el voltaje, tal como lo demanda la protección del arco eléctrico generado;
el voltaje se determina por medio del selector de la máquina para que la
longitud del arco sea relativamente fija; el ancho del cordón, también, es
controlado por el voltaje del arco.
57
Como se acaba de describir, las variables de corriente y voltaje están en
función de la longitud del arco eléctrico; si el arco disminuye en su longitud la
corriente se incrementará y el voltaje será menor; si el largo del arco aumenta la
corriente disminuirá y el voltaje aumentará.
El voltaje en un circuito de soldadura no es constante; existe una serie de
caídas que sufre el voltaje, esto se da entre la fuente de energía y la pieza a
soldar. Existe un rango de caída de aproximadamente 3V a 4V, esto está
asociado a la resistencia que presenta a la entrada de la corriente en el cable
que viene de la fuente de alimentación principal; es importante que los voltajes
usados para monitorear los procedimientos de soldadura reconozcan cualquier
perdida en el circuito de soldadura. La manera más precisa y exacta para medir
el voltaje del arco es midiendo la caída que existe entre el tubo de contacto y la
pieza a soldar; específicamente, para el proceso GMAW no se tiene este
problema ya que el voltaje es controlado por el técnico y posicionado en una
escala específica; la escala en mención está estrechamente vinculada a la
velocidad con la que el material de aporte es utilizado en la realización de la
soldadura.
Velocidad de avance
Esta medición se hace en pulgadas/min. Esta variable es la velocidad a la
que el electrodo o material de aporte se desplaza con respecto a la junta. La
velocidad de avance tiene un efecto inverso en la dimensión del grosor de los
cordones de soldadura, si se incrementa la velocidad de avance el tamaño del
cordón de soldadura disminuye; esta variable es una de las más importantes y
críticas debido a que es una variable clave en la entrada de calor; reduciendo la
velocidad de avance aumenta la entrada de calor.
58
Diámetro del electrodo
Esta variable entra en el grupo de las variables críticas, esto se debe a
que el diámetro del electrodo o en este caso específico el material de aporte
que se utiliza en el proceso GMAW es sumamente importante y relevante,
debido a que se utiliza un material con un diámetro mayor producirá una mayor
tensión para un amperaje fijo; sin embargo, es importante hacer mención en los
electrodos o material de aporte con un diámetro menor porque estos producen
una mayor velocidad de deposición.
Polaridad
Se le conoce como polaridad a la dirección del flujo de corriente, existen
dos formas de darle esa dirección a la corriente: polaridad negativa y polaridad
positiva.
La polaridad positiva se logra cuando el cable del porta-electrodo se
conecta con la terminal positiva de la máquina y la polaridad negativa es lo
opuesto es decir, cuando el cable del porta-electrodo se conecta a la polaridad
negativa de la máquina, todo esto es válido siempre que la máquina sea (DC).
En una máquina con corriente (AC), el porta-electrodo alternará su polaridad
según la función senoidal que describe el comportamiento de la corriente
alterna.
Entrada de calor
La entrada de calor es proporcional al amperaje de la soldadura
multiplicado por el voltaje del arco, posteriormente dividido por la velocidad de
avance. Cuando la entrada de calor aumenta, puede afectar negativamente las
59
propiedades en la región que está expuesta a la soldadura o más conocida
como (ZAC); una mayor entrada de calor generalmente representa una leve
disminución en las propiedades mecánicas, por ejemplo, disminución de la
fluencia y la tenacidad esto se explica de mejor manera en el apartado 2.2
Zona afectada por el calor (ZAC).
4.2. Definición del tipo de soldadura a emplearse (soldadura de filete)
La soldadura de filete se puede definir como cordones que están cargados
de forma que pueda tener corte longitudinal o corte transversal; en pruebas
realizadas si se llegase a aplicar una fueras de tracción que superara la
resistencia ejercida por la soldadura de filete la ruptura ocurrirá en la garganta
de la soldadura donde se presenta la menor área transversal. Pruebas de
soldadura a filete utilizando electrodos compatibles han demostrado que la
soldadura falla a través de su garganta efectiva antes que el material falle a lo
largo del lado del cordón.
A pesar de esto se sabe que la soldadura de filete posee más resistentes
a la tracción y a la compresión que al corte, de manera que los esfuerzos
determinantes son los de corte. La dimensión efectiva de la garganta de una
soldadura de filete es la distancia más corta desde la raíz a la cara de la
soldadura, asumiendo que la soldadura de filete tiene lados iguales de tamaño
nominal la garganta efectiva te es igual a 0,707a.
Existe la posibilidad de que sea necesario diseñar una soldadura de filete
que sea asimétrica con lados desiguales, en esta situación especial se debe
tomar en cuenta que el valor de la garganta efectiva es igual te debe calcularse
de la forma de la soldadura que se aplicará.
60
Para cordones de soldadura a filete con el tamaño nominal menor o igual
a 3/8” (10 mm), la dimensión efectiva de la garganta se tomará igual al tamaño
nominal w.
Figura 16. Garganta de soldadura simétrica
Fuente: Compost a Je – Scribd. https://es.scribd.com/document/336384980/Compost-a-Je.
Consulta: 3 de abril de 2017.
Para cordones con tamaño nominal mayor que 3/8” la dimensión efectiva
de la garganta se tomará como 0,707w + 2,8 mm (0,11 in).
61
Figura 17. Garganta de soldadura asimétrica
Fuente: Compost a Je – Scribd. https://es.scribd.com/document/336384980/Compost-a-Je.
Consulta: 3 de abril de 2017.
Para cordones con tamaño nominal mayor que 3/8” la dimensión efectiva
de la garganta se tomará como 0,707w + 2,8 mm (0,11 in).
62
Figura 18. Garganta de soldadura asimétrica
Fuente: Compost a Je – Scribd. https://es.scribd.com/document/336384980/Compost-a-Je.
Consulta: 3 de abril de 2017.
Definición del tipo de soldadura a emplearse (penetración completa)
Este tipo de soldadura es utilizada cuando se necesita que la soldadura
equipare la resistencia total de la placa conectada o cuando existen esfuerzos
cíclicos; en el caso de las pegas de los patines de las vigas es necesario que la
unión genere un segmento con la resistencia total del perfil o del patín soldado;
el tipo de unión se conoce como unión a tope que consiste en unir dos piezas
en el mismo plano; a excepción en láminas delgadas se debe preparar con
biseles los bordes y aplicar la soldadura en ambos lados; el objetivo de la
penetración completa es sustituir el material en su totalidad, es decir, formar
una unión donde el 100 % del área transversal de la pieza está conectada. Se
63
puede tener una serie de soldaduras a tope típicas, pero la más frecuente y de
la que más se hará uso es la soldadura a tope con bisel en V para secciones
gruesas.
Se listarán una serie de referencias sobre la soldadura de penetración
completa esta información fue extraída del código AWS D1.1.
Tamaño efectivo de soldadura de canal CJP
El tamaño de soldadura de canal CJP debe ser del espesor de la parte
unida más delgada, debe prohibirse un incremento del área efectiva para los
cálculos de diseño del refuerzo de soldadura.
Requerimientos Comunes de soldadura de canal PJP y CJP
Las preparaciones de canal detalladas para juntas por SMAW
precalificadas pueden usarse para GMAW o FCAW precalificadas.
Ref. Capítulo 3.11.1 del código AWS D1.1 pág. 64
Requerimientos de soldadura de canal CJP
Las soldaduras de canal CJP que pueden utilizarse sin realizar el ensayo
de calificación WPS descrito en la sección 4 del código AWS, y deben ser como
se detalla en la figura 3.4 del código. A continuación, se muestran las figuras
que describe el código.
64
Figura 19. Leyenda para figura 3.3 y 3.4
Fuente: Precalificación de WPS. https://es.scribd.com/document/316339727/Precalificacion-de-
WPS. Consulta: 15 de abril de 2017.
65
Figura 20. Detalle de juntas de canal soldadas precalificadas como CJP
Fuente: Precalificación de WPS. https://es.scribd.com/document/316339727/Precalificacion-de-
WPS. Consulta: 15 de abril de 2017.
66
4.3. Combinación de metal base/metal de aporte
Es importante conocer el tipo de material base que se utilizará en el
proceso de soldadura manual: semiautomática o automática. Esto es de suma
importancia porque el material de aporte o los electrodos deben ser compatibles
con el material en resistencia y en composición.
Para realizar un WPS precalificado, como en este caso, se deben utilizar
solo los metales enlistados en la tabla 3.1 del código AWS D1.1. Dicha tabla
muestra una serie de combinaciones que se deben utilizar como material de
aporte en el acero estructural; es importante tomar nota de las relaciones de
resistencias que existen entre el metal base y el material de aporte. En el
cuadro siguiente se detalla información que debe ser utilizada en conjunto con
la tabla 3.1 para determinar el tipo de material de aporte.
Tabla IX. Combinación de metal de base y metal de aporte
Relación Metal(es) base Relación de resistencia de metal de aporte
requerida
De la misma resistencia
Cualquier acero a sí mismo o cualquier acero a otro en el mismo grupo
Cualquier metal de aporte en enlistado en el mismo grupo
Cualquier acero en un grupo o cualquier acero en otro
Cualquier metal de aporte enlistado para cualquiera un grupo de menor resistencia. (Los electrodos SMAW deben ser de clasificación de bajo hidrógeno)
De resistencia menor
Cualquier acero a cualquier acero en cualquier grupo
Cualquier metal de aporte enlistado en un grupo de resistencia debajo del grupo de menor resistencia. (Los electrodos SMAW deben ser de clasificación de bajo hidrógeno)
Fuente: America Welding Society. Código de soldadura estructural, acero. p. 61.
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Según las especificaciones del código, es necesario la utilización de un
electrodo o material de aporte que sea normado. Para este propósito en las
uniones a tope de aceros A36 y A992 el material de aporte es A5.18 E-71T-1C.
Para el proceso GMAW, el código muestra una serie de materiales ya
normados y precalificados para la unión de los aceros en mención. En la
siguiente imagen se puede apreciar el listado de estos materiales que pueden
ser utilizados como materiales de aporte.
Figura 21. Materiales de aporte precalificados
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 2 de mayo de 2017.
68
4.4. Requerimientos de la temperatura mínima de precalentamiento
La temperatura de precalentamiento debe ser suficiente para prevenir
fisuración y minimizar la formación de estructuras frágiles; para los aceros
comunes, las temperaturas ya están establecidas en AWS, como se verá, y
como es esperado en aceros de bajo carbono; el precalentamiento no es una
solicitud común para aceros estructurales; de igual manera en el código
muestra las tabla en las cuales se puede tomar el criterio para precalentar el
acero estructural, los aceros de nuestro interés en la tabla son A36 y A572(láminas
grado 50) y A992.
Tabla X. Temperatura mínima de precalentamiento precalificado
69
Continuación de la tabla X.
70
Continuación de la tabla X.
Fuente: Código para soldadura estructural. www.soldaceros.com.pe/wp-
content/uploads/2015/09/ANSI-AWS-D1.1.-2000.pdf. Consulta: 2 de mayo de 2017.
71
4.5. Requerimientos generales de un WPS
Los requerimientos que se deben tomar en cuenta a la hora de realizar un
WPS, pueden ser desde diferentes posiciones de soldadura (plana, vertical,
horizontal y sobre cabeza), que son dependientes del trabajo a realizar, hasta el
tipo específico de soldadura y el proceso que se debe utilizar; esta información
se tiene previamente calificada, debido a que toda estas variables que se
involucran en la elaboración del documento han sido ensayadas y aprobadas
por AWS D1.1
Wps precalificado
A continuación, se lista una tabla con todos los requerimientos que se
deben cumplir para obtener un WPS precalificado por la American Welding
Society (AWS).
72
Tabla XI. Requerimientos para un WPS precalificado
Fuente: Código de soldadura estructural. https://pubs.aws.org/Download_PDFS/D1.1-D1.1M-
2010-SP-PV.pdf. Consulta: 15 de mayo de 2017.
73
4.6. Preparación del WPS
Todas las variables que se han descrito representan un efecto significativo
en la calidad del trabajo de soldadura; sin embargo, es conveniente mencionar
que en un producto terminado están involucrados otros procesos, estos pueden
ser críticos para cumplir con la calidad deseada. Es por esta razón que toda
empresa debe contar con las herramientas que garanticen la preparación
adecuada para obtener una buena calidad del trabajo y como parte de una
buena estrategia de planificación en cualquier línea de producción que se
dedique a la fabricación de acero estructural no debe faltar el desarrollo y la
ejecución de un WPS.
Hasta este punto del documento se ha explicado todas las propiedades
mecánicas de una adecuada soldadura pero para llegar a estas propiedades
estas deben de alcanzar la fusión y así lograr la resistencia deseada, el nivel
requerido penetración está en función del diseño de la junta en el tipo de
soldadura. Se sabe que todas las soldaduras son requeridas para entregar
resistencia a la tracción y/o fluencia. El método más eficiente para presentar
estas condiciones pueden determinarse por técnicos de soldadura expertos e
ingenieros quienes detallan las especificaciones de los procedimientos de
soldadura y comunican aquellos requerimientos a los técnicos soldadores por
medio de los documentos WPS.
Como se menciona, un WPS es la herramienta primaria utilizada para
informar al supervisor y al técnico soldador las especificaciones que se deben
cumplir; es importante que se aclare que la conveniencia de una soldadura
realizada por un hábil soldador es tan buena como lo sería el mismo documento
WPS.
74
Los WPS precalificados son aquellos que el código AWS D1.1 ha
determinado y tiene una historia de ejecución aceptable; por lo tanto, no están
sujetos a ser sometidos a pruebas o a una calificación impuesta por otros
procedimientos de soldadura como lo pueden ser los PQR; según en esta
información el código AWS D1.1 enlista una serie de WPS ya precalificado de
los cuales se necesita tener conocimiento.
WPS para proceso SMAW, SAW, GMAW, (excepto GMAW-S) y FCAW
que se ajustan a todas las provisiones de la sección 3 del código AWS
D1.1 deben considerarse como precalificados y, por lo tanto, son
aprobados para su uso sin llevar a cabo ensayos de calificación (AWS
D1.1/D1.1 M:2010 página 61).
Combinación de metal base/metal de aporte. Solo los metales base y los
metales de aporte enlistados en la tabla 3.1 del código AWS D1.1
pueden utilizarse en WPS precalificados página 61. Tabla 3.1, páginas
67, 68, 69 y 70 (AWS D1.1/D1.1 M: 2010).
Requerimientos de la temperatura mínima de precalentamiento e
interpase. La temperatura de precalentamiento e interpase deben ser
suficientes para prevenir fisuración. La tabla 3.2 del código AWS D1.1
debe utilizarse para determinar las temperaturas mínimas de
precalentamiento e interpase para los aceros enlistados. Tabla 3.2,
páginas 71, 72 y 73 (AWS D1.1/D1.1 M: 2010).
Requerimientos generales de WPS. Todos los requerimientos de la tabla
3.7 del código AWS D1.1 deben cumplirse para WPS precalificados.
Tabla 3.7, páginas 76 (AWS D1.1/D1.1 M: 2010).
75
Requerimientos de soldadura de canal a penetración completa o CJP,
por sus siglas en inglés (complete Joint Penetration), la soldadura de
canal CJP que pueden utilizarse sin realizar el ensayo de calificación,
deben ser como se detalla en la figura 3.4 y están sujetos a las
limitaciones descritas en 3.13.1, página 65 (AWS D1.1/D1.1 M: 2010).
Si los detalles de las juntas precalificados son empleados, el
procedimiento de soldadura se debe tomar por aceptable debido a que todo
esto ya ha sido aprobado por el código AWS D1.1 y esta es la intención de la
precalificación, dar una salida viable al ejecutor de soldadura, sin tener que
invertir en ensayos, no siempre realizables, si se desea cambiar algún detalle
en la realización del proceso y este no se encuentra enlistado en el código. Se
deberá calificar mediante ensayos y pruebas.
Tratamiento térmico postsoldadura
El tratamiento térmico postsoldadura PWHT (post weld head treatment)
debe ser precalificado siempre que sea aprobado por el ingeniero y se cumpla
con las siguientes condiciones.
Resistencia a la fluencia mínima específica del metal base no debe
exceder 50ksi (345Mpa), página, 65 (sección 3.14 AWS
D1.1/D1.1M:2010)
El metal base no debe ser fabricado mediante Q&T (temple y revenido),
Q&ST (temple y autorevenido), TMCP (procesamiento termomecánico
controlado) o donde se utilice el trabajo en frío para alcanzar propiedades
mecánicas mayores, página 65 (sección 3.14 AWS D1.1/D1.1M:2010)
76
Debe haber datos disponibles que demuestren que el metal de soldadura
debe tener una adecuada resistencia y ductilidad en la condición PWHT
(post weld head treatment) como se puede encontrar en la especificación
y clasificación del metal de aporte AWS A5.X relevante o del fabricante
de metal de aporte, página 65 (sección 3.14 AWS D1.1/D1.1M:2010).
PWHT (post weld head treatment) debe llevarse a cabo en conformidad
con la sección 5.8 del código AWS D1.1, página 65 (sección 3.14 AWS
D1.1/D1.1M:2010).
77
5. CALIFICACIÓN
5.1. Alcance
El proceso de soldadura que se utiliza se le conoce como GMAW; este
proceso ya cuenta con una precalificación por el código AWS D1.1 y se debe
utilizar la maquinaria que cumpla con los parámetros estipulados.
Se quiere resaltar que a lo largo de este trabajo se ha enfocado en
explicar la importancia que tiene la elaboración de un documento técnico que
cumpla con procesos y procedimientos de soldadura bajo estándares de calidad
reconocidos; al implementar un WPS como control en los procesos de
soldadura se garantiza la eficiencia y la calidad del trabajo. Con esto se tendrá
el conocimiento de las variables que se utilizarán para un determinado proceso
y de garantizar la obtención de los resultados deseables.
La intención es que este documento es la base para la implementación de
cómo crear un WPS enfocando estrictamente a la empresa Metal, S. A.; en los
siguientes incisos se detalla toda la información que se necesita para la
creación de esta valiosa herramienta en la línea de producción; por supuesto,
antes se ha realizado un reconocimiento con el proceso que se aplica en la
planta de producción de dicha empresa.
78
5.2. Requerimientos para WPS y calificación del desempeño del
personal de soldadura
Tabla XII. Modelo de WPS para empresa metal S.A.
Fuente: elaboración propia.
79
5.3. Métodos de ensayo y criterios de aceptación para la calificación
del WPS
Los métodos se refieren al listado de variables debidamente precalificadas
por el código estructural que se le entregan al técnico soldador. Cabe aclarar
que aun un WPS bien diseñado podría tener algunas diferencias en el producto
final y esto se deriva a un factor humano, debido a que los técnicos poseen
distintas habilidades; el WPS tiene una gran similitud a una receta de cocina
donde el ingeniero de producción coloca todos los ingredientes que se
necesitan para fabricar lo que el ingeniero estructural ha diseñado.
El ingeniero estructural tiene la responsabilidad de indicar dimensiones de
la soldadura y su resistencia pero no debe describir el proceso ya que esa
función le corresponde al ingeniero de producción.
La utilización de variables ya precalificadas no necesitará una calificación
posterior como un PQR. Esto se debe a que se utilizarán todos los materiales y
se realizarán todos los procesos que se encuentran aprobados ya que han sido
previamente calificados por el código AWS D1.1.
La certificación de un soldador tampoco es evaluada por el WPS ni el
PQR; para este procedimiento existen entidades privadas especializadas en
soldadura que emiten dicha certificación.
Como punto final se quiere hacer la aclaración del porqué este trabajo se
basa en el código AWS y no en el ASME, esto corresponde a que la Sociedad
Americana de Ingenieros garantiza la calidad final del trabajo y la Sociedad
Americana de Soldadura garantiza que todo el proceso sea llevado a cabo bajo
todos los estándares previamente calificados.
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81
CONCLUSIONES
1. El acero con bajo contenido de carbono tiene poca predisposición a
formar estructuras frágiles; los fundamentos básicos que se deben tomar
en cuenta son el porcentaje de la aleación y el contenido de carbono; con
esta información se clasificarán los aceros que son aptos para
soldabilidad.
2. Al realizar una unión a tope en acero A36 o A992 representa una serie
de eventos y variables que influirán en el producto terminado. Y la
manera de mantener esa calidad constante es por medio de
procedimientos normados que describan en una serie de pasos todos los
detalles que se deberán cumplir para obtener una calidad constante; esto
se logrará con la creación de un WPS, en otras palabras, este
documento se asegura que se esté siguiendo un procedimiento
precalificado para obtener un resultado muy similar a lo que ya ha sido
aprobado y avalado por la AWS.
3. El acero estructural puede tener una variación de porcentajes de
diferentes minerales que forman parte de su composición; el más
relevante siempre será el porcentaje de carbono que contenga su
estructura; el código de la AWS realizó las pruebas necesarias para
elegir el material base que concluyó que los aceros que se detallan en
este documento no necesitan precalentamiento bajo el criterio de
carbono equivalente y esto se debe a que el porcentaje de carbono en su
estructura es tan pequeño que al aplicarle calor no formará estructura
martensíticas.
82
4. La importancia de la creación de un documento bajo condiciones
precalificadas que mantiene los estándares y se siguen las instrucciones
detalladas por el código AWS, para garantizar la calidad del proceso
descrito y del producto terminado.
5. En la tabla XII, se describe detalladamente el contenido de un formulario
WPS que cuenta con la explicación técnica y teórica de cómo trabajar
soldadura con acero A36 y A992, aceros que tienen un punto de fluencia
fy = 36 000, fy = 50 000 respectivamente.
6. Se logró establecer el criterio para aplicar soldadura en uniones a tope
de patines de ½ a ¾ de pulgada en acero A36 y A992 para no variar la
calidad del producto final.
83
RECOMENDACIONES
1. Se recomienda tener presente el certificado de calidad del acero
estructural antes de iniciar el proceso de un trabajo de soldadura para
corroborar que se puedan aplicar los conocimientos sobre acero dulce o
acero con bajo contenido de carbono.
2. Se recomienda la explicación detallada a los técnicos soldadores sobre
la manera correcta de interpretar la información que detalla el documento
WPS para evitar cualquier procedimiento no aprobado o que esté fuera
de la precalificación de AWS.
3. No se recomienda la aplicación de calor antes de iniciar un proceso de
soldadura debido a que el acero que se describe en este trabajo no
contiene alta concentración de carbono en su estructura interna como
para que se dé la creación de tensiones internas muy severas en la
etapa de enfriamiento.
4. Es importante la capacitación continua del personal del ingeniero de
producción y de los técnicos soldadores para la utilización de parámetros
preestablecidos; con esto se puede obtener una mejor interpretación del
documento WPS por las partes involucradas en el proceso.
5. Es importante no omitir ninguno de los criterios que se han descrito en el
presente trabajo debido a que ciertos elementos soldables pueden
presentar fallas severas en su integridad o calidad y como tal
comprometer la integridad de la estructura dando como resultado
accidentes de magnitudes sumamente severas.
84
85
BIBLIOGRAFÍA
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87
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21. Universidad Tecnológica de Pereira. Metalografía. [En línea].
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metalurgia-de-la-soldadura-procesos-de-soldadura-soldabilidad>.
[Consulta: 15 de marzo de 2017].
88
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APÉNDICES
Apéndice 1. Formulario WPS Metal, S. A.
Fuente: elaboración propia.
90
Apéndice 2. Parámetros de máquina Miller Deltaweld 452
Fuente: elaboración propia.
Apéndice 3. Alambre 1/16” en máquina Miller Deltaweld 452
Fuente: elaboración propia.
91
Apéndice 4. Polaridad “DCEP” máquina Miller Deltaweld 452
Fuente: elaboración propia.
Apéndice 5. Cordón de soldadura terminada con máquina Miller
Deltaweld 452
Fuente: elaboración propia.
92
Apéndice 6. Colocación de piezas con máquina semiautomática
Miller Deltaweld 452
Fuente: elaboración propia.